MECANICA DE FLUIDOS Y MAQUINAS FLUIDODINAMICAS. Guía Trabajos Prácticos N 8: Conservación de la Energía. Turbomáquinas Hidráulicas.

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1 MECANICA DE FLUIDOS Y MAQUINAS FLUIDODINAMICAS Guía Trabajos Prácticos N 8: Conservación de la Energía. Turbomáquinas Hidráulicas.. En las conducciones hidráulicas los accesorios provocan a menudo pérdidas de carga (variaciones negativas en la energía mecánica energía de Bernoulli-) que pueden caracterizarse con un parámetro adimensional K que representa dichas pérdidas en las singularidades de la instalación: Ve hl = K g Muestre que en una expansión brusca K puede considerarse con suficiente aproximación como: A = e K A s Figura. El Salto Hidráulico, que es un dispositivo muy efectivo para crear irreversibilidades, se usa a menudo en los extremos de canales y vertederos para suprimir la mayor parte de la energía cinética del flujo. Es así que una corriente rápida cambia repentinamente en una corriente más lenta de mayor altura a lo largo de una ola turbulenta en la cual se produce el cambio en altura y velocidades del flujo. Muestre que para el salto hidráulico valen las siguientes relaciones: y V = + + y 4 q y ( y y ) 3 h l = ó 4 y. y ( y y ) 3 y y h l = + 4 y. y El resultado para hl depende de las consideraciones en la energía potencial. V, y V, y 3. En la Figura 3 se muestra el esquema simplificado del rotor de una turbina hidráulica. El agua entra en la sección (área cilíndrica A correspondiente al radio r =.5 m) con un ángulo de 00 o respecto de la dirección tangencial y deja el rotor en la sección (área

2 cilíndrica A correspondiente al radio r = 0.85 m) con un ángulo de 50 o respecto de la dirección tangencial (w y w velocidades relativas al rotor). La altura de los álabes es de 0.45 m y el caudal volumétrico a través de la turbina es de 30 m 3 /s. La velocidad del rotor es de 30 rpm en la dirección mostrada. Determine la potencia desarrollada por la turbina. 00 o Q=30 m 3 /s w 50 o r r w Figura m 4. Una turbina hidráulica de flujo radial tiene las dimensiones mostradas en la Figura 4. La velocidad absoluta a la entrada del rotor es de c= 5 m/s formando un 30 o con la tangente al rotor. La velocidad absoluta a la salida tiene dirección radial. La velocidad del rotor es de 0 rpm. Determine la potencia desarrollada por la turbina. C 0.3 m 30 o c r =0.3 m r=0.6 m Figura 4

3 5. El impulsor de una bomba está rotando a 00 rpm en la dirección mostrada en la Figura 5. El flujo entra paralelo al eje de rotación y deja el impulsor formando un ángulo de 30 o respecto de la dirección radial. La velocidad absoluta de salida c es de 30 m/s. a) Dibuje el triángulo de velocidades a la salida del impulsor. b) Estime el par necesario para mover el impulsor si la densidad del fluido es de 03 Kg/m c R = 50 mm Figura 5 5 mm 6. La componente radial de la velocidad del fluído que sale del impulsor de la bomba centrífuga mostrada en la Figura 6 es VR,= 4 m/s. La magnitud de la velocidad absoluta a la salida es c= 8 m/s. El rotor gira a 3000 rpm. El fluído entra al impulsor en dirección radial. Calcule el trabajo requerido por unidad de masa del flujo a través de la bomba. VR, C R = 50 mm C R = 60 mm Figura 6

4 7. En la Figura 7 se muestra un esquema de una bomba de nafta de flujo axial. La nafta entra al rotor en dirección axial (sin momento angular) con una velocidad absoluta de 3 m/s. Considere flujo tangente a los álabes. a) Dibuje los triángulos de velocidades a la entrada y a la salida del rotor. b) Calcule el trabajo entregado a cada unidad de masa de nafta. 45 o rotor C= 3 m/s 60 o estator u Figura 7 8. En la Figura 8 se muestra un esquema de una turbina de acción (o impulso) conocida como Rueda Pelton en honor a su creador, Lester A. Pelton. Calcule: a) Potencia teórica en el eje. b) Velocidad tangencial para potencia máxima. c) Pruebe que la eficiencia teórica de la turbina puede escribirse: η ( cos β ) φ( c φ ) = v donde cv es el coeficiente de descarga de la tobera, es decir: V = cv gh, 0.9 cv 0.98 y φ = u gh es el coeficiente de velocidad periférica. Cuánto vale este coeficiente para máxima eficiencia?. Cuánto vale la eficiencia máxima teórica en las condiciones de un diseño realista, con β=60 o y cv=0.94?

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